(57)【要約】      （修正有）【課題】音叉型圧電振動片をさらに小型化しても周波数調整が容易になる音叉型圧電振動片の提供。【解決手段】圧電振動片１１０は、基部２３の一端側から所定方向に伸びる所定幅を有する一対の振動腕２１と、一対の振動腕２１の表裏に形成された溝部２４と、基部２３から溝部２４に形成された励振電極３３，３４とを備え、振動腕を励振させる励振電極の基部からの長さｍは、溝部の長さＭの５５％以下の励振電極を備える。励振電極は、振動腕の先端側から励振電極の幅方向の中央領域に電極がないスリット領域を有してもよい。【選択図】図３
2010050960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部の一端側から所定方向に伸びる一対の振動腕と、
前記一対の振動腕の表裏に形成される溝部と、
前記基部から前記溝部に形成され、前記振動腕の励振する励振電極と、を備え、
前記溝部の長さをＭ、前記励振電極の前記基部側からの長さをｍとしたとき、以下の関係が成り立つことを特徴とする圧電振動片。
【数１】
2010050960.tif 000007
【請求項２】
前記励振電極は前記振動腕の先端側から前記励振電極の幅方向の中央領域に電極がないスリット領域を有しており、
前記溝内に形成された前記励振電極の表面積をｓｑ、前記溝内の表面積をＳＱとしたとき、以下の関係が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片。
【数２】
2010050960.tif 000008
【請求項３】
前記励振電極の幅方向の中央領域は前記溝部の底面であることを特徴とする請求項２に記載の圧電振動片。
【請求項４】
前記基部の前記一端側から且つ前記振動腕の両外側において前記所定方向に伸びる一対の支持腕を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の圧電振動片。
【請求項５】
前記一対の振動腕の間に形成される振動根元部と前記一対の振動腕と一対の支持腕との間に形成される支持根元部とは、同一形状であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の圧電振動片。
【請求項６】
前記溝部の幅は前記振動腕の幅の４０パーセントから６５パーセントであり、前記振動腕の厚さは振動腕の幅の２倍以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の圧電振動片。
【請求項７】
前記一対の振動腕の先端側には、前記溝部が形成された領域の幅よりも幅が広い錘部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の圧電振動片。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の圧電振動片と、
この圧電振動片を覆う蓋部と、
前記圧電振動片を支えるベースと、
を備えることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項９】
基部の一端側から所定方向に伸びる一対の振動腕と、
前記一対の振動腕の表裏に形成される溝部と、
前記基部から前記溝部に形成され、前記振動腕の励振する励振電極と、
前記一対の振動腕の両外側において前記基部の前記一端側から前記所定方向に伸びる一対の支持腕と、
前記一対の支持腕から前記所定方向と交差する方向に伸びる調整腕と、
前記調整腕と接続されるとともに前記基部及び前記振動腕を囲む外枠部と、を備え、
前記溝部の長さをＭ、前記励振電極の前記基部側からの長さをｍとしたとき、以下の関係が成り立つことを特徴とする圧電振動片。
【数３】
2010050960.tif 000009
【請求項１０】
前記励振電極は前記振動腕の先端側から前記励振電極の幅方向の中央領域に電極がないスリット領域を有しており、
前記溝内に形成された前記励振電極の表面積をｓｑ、前記溝内の表面積をＳＱとしたとき、以下の関係が成り立つことを特徴とする請求項９に記載の圧電振動片。
【数４】
2010050960.tif 000010
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０に記載の圧電フレームと、
この圧電フレームを覆う蓋部と、
前記圧電フレームを支えるベースと、
を備えることを特徴とする圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えば水晶からなる圧電基板を用いて、支持腕を持つ音叉型の圧電振動素子を製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、時計や家電製品、各種情報・通信機器やＯＡ機器等の民生・産業用電子機器には、その電子回路のクロック源として圧電振動子、圧電振動片とＩＣチップとを同一パッケージ内に封止した発振器やリアルタイムクロックモジュール等の圧電デバイスが広く使用されている。
【０００３】
特に最近、これら圧電デバイスは、それを搭載する電子機器の小型化・薄型化に伴い、より一層の小型化・薄型化が要求されている。また、低いＣＩ（クリスタルインピーダンス）値を確保して、高品質で安定性に優れた圧電デバイスが要求されている。圧電デバイスはＣＩ値を低く保持するために、たとえば振動腕構造を有する音叉型圧電振動片が開発され、さらに小型化するために、基部の長さを短くし、支持腕を持つ音叉型圧電振動片が提供されている。
【０００４】
音叉型圧電振動片は、小型化により電極間距離が近くなり、直列共振容量が大きくなることによって周波数可変感度Ｓが高くなる。周波数可変感度Ｓが高くなると目的の周波数、例えば３２．７６８ＫＨｚに合わせることが難しくなる。周波数可変感度Ｓは次の関係式（数１）が成り立つ。
【数１】
2010050960.tif 000003
…  数１
ここで、Ｓ   ：  周波数可変感度（ｐｐｍ／ｐＦ）
Ｃ０  ：  並列静電容量  （ｐＦ）
ＣＬ  ：  負荷容量      （ｐＦ）
Ｃ１  ：  直列共振容量  （ｆＦ）
である。
【０００５】
特許文献１によれば、周波数可変感度Ｓを小さくするために引き出し電極に絶縁層を設けさらに絶縁層の上に容量付加電極を設けている。
【特許文献１】特開２００７−６０１５９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１による製造方法では、引き出し電極に絶縁層を形成し、さらに容量付加電極を設けるなど、複数の複雑な工程を行わなければならない問題点がある。また、３２．７６８ｋＨｚで振動する音叉型圧電振動片は一般に±２０ｐｐｍから±３０ｐｐｍの誤差内で製造されていることが要求されている。この±２０ｐｐｍから±３０ｐｐｍの誤差を有する音叉型圧電振動片が民生・産業用電子機器に組み込まれた際には、可変コンデンサなどで正確に３７．７６８ＫＨｚに調整される。このためには、コンデンサ容量１ｐＦ（ピコファラッド）で約１０ｐｐｍ以下の周波数可変感度Ｓでないと、周波数調整が非常に困難となる。
【０００７】
本発明の目的は、簡単な構造によって周波数可変感度を、例えば１０ｐｐｍ／ｐＦ以下に下げて、音叉型圧電振動片をさらに小型化しても周波数調整が容易になる音叉型圧電振動片を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の観点の圧電振動片は、基部の一端側から所定方向に伸びる所定幅を有する一対の振動腕と、一対の振動腕の表裏に形成された溝部と、基部から溝部に形成された励振電極とを備え、振動腕を励振させる励振電極の基部側から長さは溝部の長さの５５％以下の励振電極を備える。
このように、溝部の長さの５５％以下の励振電極を設けると周波数可変感度が低くなり、目的の周波数に調整し易くなる。
【０００９】
第２の観点の圧電振動片の励振電極は、振動腕の先端側から励振電極の幅方向の中央領域に電極がないスリット領域を有しており、励振電極の表面積は溝部の表面積の５５％以下の励振電極を備える。
このように、溝部の表面積の５５％以下の励振電極を設けると周波数可変感度が低くなり、目的の周波数に調整し易くなる。
【００１０】
第３の観点の圧電振動片は、励振電極の幅方向の中央領域が溝部の底面であることを特徴とする。
この構成により、容易に励振電極の幅方向の中央領域に電極がないスリット領域が形成できる。
【００１１】
第４の観点の圧電振動片は、基部の一端側から且つ振動腕の両外側において所定方向に伸びる一対の支持腕を備える。
この構成により、圧電振動片を小型化した際に、振動漏れの影響を受けにくくなる。
【００１２】
第５の観点の圧電振動片は、一対の振動腕の間に形成される振動根元部と一対の振動腕と一対の支持腕との間に形成される支持根元部とは同一形状である。
この構成により、圧電振動片を小型化しても振動片を製造し易くなる。
【００１３】
第６の観点の圧電振動片は、一対の振動腕の表裏に形成された溝部の幅が振動腕の幅の４０パーセントから６５パーセントであり、前記振動腕の厚さは振動腕の幅の２倍以上である。
この構成により、圧電振動片を小型化しても振動腕の強度が強くなりパッケージ外部の温度変化、又は衝撃の影響を受けにくくなる。
【００１４】
第７の観点の圧電デバイスは、振動腕の先端側に所定幅よりも幅広い錘部が形成され、振動腕の厚さは振動腕の幅の２倍以上である。
この構成により、振動腕に電圧をかけた際に振動しやすくさせ、圧電デバイスとして搭載した圧電振動片の周波数の調整がし易くなる。
【００１５】
第８の観点の圧電デバイスは、第１の観点から第７の観点による圧電振動片と、この圧電振動片を覆う蓋部と、圧電振動片を支えるベースと、を備える。
【００１６】
第９の観点の圧電フレームは、基部の一端側から所定方向に伸びる所定幅の一対の振動腕と、一対の振動腕の表裏に形成され、振動腕の所定幅の４０パーセントから６５パーセントの幅を有する溝部と、基部から溝部に形成され、振動腕の励振する励振電極と、一対の振動腕の両外側において基部の一端側から所定方向に伸びる一対の支持腕と、一対の支持腕から所定方向と交差する方向に伸びる調整腕と、調整腕と接続されるとともに基部及び振動腕を囲む外枠部と、を備え、励振電極の基部側からの長さは前記溝部の長さの５５パーセント以下である。
この構成により、圧電振動片を小型化しても周波数可変感度Ｓを低減でき、目的の周波数に調整し易くなる。
【００１７】
第１０の観点の圧電デバイスの励振電極は、振動腕の先端側から励振電極の幅方向の中央領域に電極がないスリット領域を有しており、励振電極の表面積は溝部の表面積の５５％以下の励振電極を備える。
このように、溝部の表面積の５５％以下の励振電極を設けると周波数可変感度が低くなり、目的の周波数に調整し易くなる。
【００１８】
第１１の観点の圧電デバイスは、第１０の観点の記載の圧電フレームと、この圧電フレームを覆う蓋部と、圧電フレームを支えるベースと、を備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の圧電振動片は小型化しても周波数可変感度を低減できる。またその圧電振動片を使った圧電デバイスは小型化の要望に応えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）は、第１音叉型圧電振動片１００の上面図である。  （ｂ）は、（ａ）に示した音叉型圧電振動片１００のＡ−Ａ断面図である。
【図２】（ａ）は、圧電デバイス５０の上面図である。  （ｂ）は、（ａ）に示した圧電デバイス５０のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】（ａ）は本実施例の第２音叉型水晶振動片１１０である。  （ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図４】（ａ）は第２圧電デバイス６０の概略上面図である。  （ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ概略断面図である。
【図５】（ａ）は、励振電極長さ比率と周波数可変感度Ｓとの関係を示す図である。  （ｂ）は、直列共振容量Ｃ１と周波数可変感度Ｓとの関係を示す図である。
【図６】（ａ）は、励振電極の溝幅比率とＱ値比との関係を示す図である。  （ｂ）は、励振電極長さ比率とＱ値比との関係を示す図である。
【図７】（ａ）は、分割した状態の第３圧電デバイス７０を、リッド１０のリッド部側からみた斜視図である。  （ｂ）は、（ａ）に示した第３圧電デバイス７０のＥ−Ｅ断面構成図である。
【図８】（ａ）は、水晶フレーム２０の上面図である。  （ｂ）は、（ａ）に示した水晶フレーム２０のＦ−Ｆ断面図である。
【図９】（ａ）は、第３圧電デバイス７０を構成するリッド１０の内面図である。  （ｂ）は、第３音叉型水晶振動片１２０を有する水晶フレーム２０の上面図である。  （ｃ）は、ベース４０の上面図である。  （ｄ）は、（ａ）から（ｃ）のＧ−Ｇ断面で第３圧電デバイス７０を示した断面構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の音叉型水晶振動片は、例えば３２．７６８ｋＨｚで信号を発信する振動片でＹ軸方向の長さが１．４５ｍｍ程度、Ｘ方向の長さが０．５ｍｍ程度、Ｚ方向の厚さが０．１２ｍｍ前後の小型な形状となっている。この音叉型水晶振動片の外形を形成する工程のエッチングで、同時に振動腕に振動腕の幅の４０％から６５％の溝部を設け、振動腕に備える励振電極の基部からの長さを溝部の長さの５５％以下とする。また、振動腕に備える励振電極の幅方向の中央領域に電極がないスリット領域を有してもよい。そして、励振電極の表面積は、溝部の表面積の５５％以下の励振電極とすることで、周波数可変感度Ｓを低減した小型な音叉型水晶振動片の形状を示す。
【００２２】
＜実施例１＞
図１（ａ）は本実施例の第１音叉型水晶振動片１００である。第１音叉型水晶振動片１００は振動腕２１を持ち、さらに支持腕２２で構成されている。図１（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
第１音叉型水晶振動片１００は基部２３に音叉型の一対の振動腕２１を持ち、基部２３の長さＬＫは０．２０ｍｍ程度で、一対の振動腕２１の長さは１．２５ｍｍ程度の長さである。
【００２３】
振動腕２１は基部２３よりほぼ平行に伸び、振動腕２１の表裏両面には、溝部２４が形成されている。例えば、一本の振動腕２１の表面には１本の溝部２４が形成されており、振動腕２１の裏面側にも同様に１本の溝部２４が形成されている。つまり、一対の振動腕２１には４本の溝部２４が形成される。溝部２４の幅は、振動腕の幅の４０％から６５％の幅に形成される。図１（ｂ）に示すように溝部２４の断面は、略Ｈ型に形成され第１音叉型水晶振動片１００のＣＩ値を低下させる効果がある。
【００２４】
振動腕２１の根元部分は幅広に形成されている。これは振動腕２１の振動が根元部分に集中していた応力を振動根元部２６の方に移動させ、基部２３への振動漏れを減少させることができる。また、溝部２４の形成は以下の実施例２についても同様である。
【００２５】
第１音叉型水晶振動片１００の基部２３は、その全体が略板状に形成されている。基部２３の長さＬＫは第１音叉型水晶振動片１００の全長を短くするために、できるだけ短いほうが望ましい。しかし、基部の長さＬＫを短くすると、振動腕２１の振動がパッケージ外部へ振動漏れとして伝わるおそれがあり、またパッケージ外部の温度変化、又は衝撃の影響を受けやすくなる。このため、本実施例では第１音叉型水晶振動片１００に支持腕２２を形成することで、振動腕２１の振動漏れや外部変化の影響を少なくしている。さらに、第１音叉型水晶振動片１００とパッケージとの接合部２５は基部より離れた支持腕２２の端部に設置することで、振動漏れや外部変化の影響を少なくしている。さらに第１音叉型水晶振動片１００の外形を以下に示すような構造にすることでエッチングの異形部の影響を抑え、左右均等でバランスのとれた第１音叉型水晶振動片１００を形成することができる。
【００２６】
図１（ａ）で示すように、第１音叉型水晶振動片１００の基部２３は同じ基部の長さＬＫで幅方向に伸び、その伸びた基部２３から支持腕２２が伸びた形状である。支持腕２２の長さは振動腕２１の長さより短く形成する。振動腕２１の先端付近は一定幅で幅広となりハンマー形の形状となっている。ハンマー形の形状部分は金属膜を備えた錘部２８を形成している。錘部２８は振動腕２１に電圧をかけた際に振動しやすくさせ、圧電デバイスとして搭載した第１音叉型水晶振動片１００の周波数調整をしやすくするために形成される。
【００２７】
基部２３と一対の振動腕２１とで成す振動根元部２６の形状は角ばった（直線的な）Ｕ字形状をしている。また、基部２３と振動腕２１と支持腕２２とで成す２箇所の支持根元部２７の形状も同一の角ばった（直線的な）Ｕ字形状をしている。振動根元部２６と支持根元部２７との形状とが角ばったＵ字形状をしているが、滑らかなＵ字形状をしていても良い。また、第１音叉型水晶振動片１００の基部２３は同じ基部の長さＬＫで幅方向に伸ばして設計するため、振動根元部２６の最深部の第１基部の長さＫ１と、２箇所ある支持根元部２７の最深部の第２基部の長さＫ２と、が同じ長さで形成される。
【００２８】
振動根元部２６と支持根元部２７との形状と、第１基部の長さＫ１と第２基部の長さＫ２との長さと、を同一にすることで、水晶の異方性によるエッチングの異型部は同一形状となるため、全体で均一な形状となる。つまり、第１音叉型水晶振動片１００は上記の各幅と、各根元部形状と、各基部の長さとを揃えることで、エッチングを行っても左右対称に形成することができ、左右でバランスがとれた構造となる。
【００２９】
図１（ｂ）で示すように、第１音叉型水晶振動片１００の振動腕２１と振動腕２１との距離である第２幅Ｗ２は振動腕２１の幅である第１幅Ｗ１と同じであり、また振動腕２１と支持腕２２との距離である第３幅Ｗ３も第１幅Ｗ１と同じ長さで形成されている。つまり第１音叉型水晶振動片１００は第１幅Ｗ１と、第２幅Ｗ２と、第３幅Ｗ３とを同一幅で設計する。
【００３０】
また、振動腕２１の溝部２４の幅Ｗ５は、振動腕２１の幅Ｗ１の４０％から６５％の幅に形成される。振動腕２１の厚さＴ１は、振動腕２１の幅Ｗ１の２倍以上である。第１幅Ｗ１と、第２幅Ｗ２と、第３幅Ｗ３とを同一幅で設計することはエッチング工程でエッチング液の流れが同一となり、左右でバランスがとれた第１音叉型水晶振動片１００を形成することができる。これらの第１音叉型水晶振動片１００の外形と溝部２４との形成は公知のフォトリソ・エッチング技術で形成されている。以下は外形及び溝部２４のエッチングによる形成方法の概略を示す。
【００３１】
（外形の形成）
外形のエッチングは、丸型又は角型の水晶ウエハより同時に多数の第１音叉型水晶振動片１００の外形を形成する。第１音叉型水晶振動片１００の外形は図示しない耐蝕膜などのマスクを用いて、マスクから露出した水晶ウエハに対して、例えば、フッ酸溶液をエッチング液として、第１音叉型水晶振動片１００の外形のエッチングを行う。耐蝕膜としては、例えば、クロムを下地として、金を蒸着した金属被膜などを用いることができる。このエッチング工程は、ウエットエッチングで、フッ酸溶液の濃度や種類、温度等により変化する。
【００３２】
エッチング進行上の異方性はこれらのエッチング工程でおこり、図１に示された結晶軸（ＸＹＺ）のＸ軸を第１音叉型水晶振動片１００の幅、Ｙ軸を長さ、Ｚ軸を厚さＺに関して発生する。
すなわち、第１音叉型水晶振動片１００に関するエッチングレートは、Ｚ軸方向が大きく、次にプラスＸ軸方向が大きく、次にマイナスＸ軸方向が大きく、Ｙ軸方向が一番小さい。
【００３３】
このようなエッチング進行上の異方性により、第１音叉型水晶振動片１００には、各振動腕及び各支持腕の外側側面に、ヒレ状に突出した異形部（図示しない）が形成される。
【００３４】
（溝形の形成）
次に、溝形成用レジストにより、各溝部２４を挟む両側の壁部を残す様にして、溝部２４を形成しない部分に耐蝕膜を残し、外形エッチングと同じエッチング条件で、振動腕２１の表面と裏面とを、それぞれウエットエッチングすることにより溝部２４を形成する。溝部２４の深さは厚みに対して、３０ないし４５パーセント程度で形成する。
【００３５】
なお、上記の外形エッチングおよび溝エッチングは、その一方もしくは両方をドライエッチングにより形成してもよい。その場合には、例えば、水晶ウエハ上に、第１音叉型水晶振動片１００の外形や、外形形成後には、溝部２４に相当する領域をその都度メタルマスクを配置して覆う。この状態で、例えば、図示しないチャンバ内に収容し所定の真空度でエッチングガスを供給して、エッチングプラズマを生成しドライエッチングすることができる。つまり、真空チャンバ（図示せず）には、例えば、フレオンガスボンベと酸素ガスボンベとが接続され、さらに、真空チャンバには、排気管が設けられ所定の真空度に真空引きされるようになっている。
【００３６】
真空チャンバ内が所定の真空度に真空排気され、その後フレオンガスと酸素ガスとの混合ガスが送られる。その混合ガスが所定の気圧になるまで充填された状態で、直流電圧が印加されるとプラズマが発生する。そして、イオン化された粒子を含む混合ガスは、メタルマスクから露出した圧電材料に当たる。この衝撃により、物理的に削り取られて飛散しエッチングが進行する。
【００３７】
（電極の形成）
電極は、図１（ａ）で示すように第１基部電極３１及び第２基部電極３２並びに第１励振電極３３及び第２励振電極３４で形成される。第１励振電極３３及び第２励振電極３４の基部２３からの長さｍは、溝部の長さＭの５５％以下で形成される。つまり以下の数式２が成立する。第１励振電極３３及び第２励振電極３４の長さｍは、基部２３の上端部（振動根元部２６のＹ軸方向の端部）を基点とした長さであり、溝部２４の長さＭは、溝部の一方の端面２４Ｅ（基部２３の上端部とＹ軸方向に略同じ）を基点として他方の端面２４Ｅまでの長さである。
【数２】
2010050960.tif 000004
…  数２
第１励振電極３３及び第２励振電極３４は図１（ａ）及び（ｂ）で示すように振動腕２１の側面及び溝部の側面２４Ｓにも形成されている。第１基部電極３１及び第２基部電極３２並びに第１励振電極３３及び第２励振電極３４は例えばＮｉ膜からなる下地層にＡｕ膜を設けた２層構造で形成されている。
【００３８】
電極の形成は蒸着もしくはスパッタリングなどによって、電極となる金属を全面に被覆し、次いで、電極を形成しない箇所を露出したレジストを用いて、フォトリソグラフィの手法により電極を形成する。その後、振動腕２１の先端部には、スパッタリングや蒸着により錘付け電極（金属被膜）が形成される。錘付け電極は周波数調整に利用される。
【００３９】
（圧電デバイスの形成）
図２（ａ）は第１圧電デバイス５０の概略上面図であり、図２（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ概略断面図である。第１圧電デバイス５０は真空チャンバ内で窪みを持つパッケージＰＫＧに第１音叉型水晶振動片１００を入れ、真空状態で蓋体５３とパッケージＰＫＧとを封止材５４により接合する。蓋体５３は硼珪酸ガラスなどで形成することで圧電デバイスを構築した後でも周波数の調整をすることができる。
【００４０】
パッケージＰＫＧは例えばセラミックからなるセラミックパッケージであり、複数枚のセラミックシートを積層して箱状に形成してある。パッケージＰＫＧの底部には外部電極５１が形成され表面実装（ＳＭＤ：Surface Mount Device）できるタイプとなる。
【００４１】
第１音叉型水晶振動片１００は支持腕２２の接合部２５で圧電デバイス５０のパッケージＰＫＧと接合している。例えば、接合部２５はパッケージＰＫＧの電極（図示しない）に塗布した導電性接着剤の上に載置して、導電性接着剤を仮硬化させる。次に、硬化炉で導電性接着剤を本硬化することで接合部２５は第１音叉型水晶振動片１００とパッケージＰＫＧとで導電性を持たせたまま接合されパッケージ外部の外部電極５１と電気的に接続される。
【００４２】
第１圧電デバイス５０は第１音叉型水晶振動片１００の振動腕２１の先端の錘部２８にレーザー光を照射して、錘部２８の金属被膜の一部を蒸散・昇華させ、質量削減方式による周波数の調整を行う。また第１圧電デバイス５０は駆動特性などの検査を行うことで完成する。
【００４３】
＜実施例２＞
図３（ａ）は本実施例の第２音叉型水晶振動片１１０である。第２音叉型水晶振動片１１０と第１音叉型水晶振動片１００との違いは、第２音叉型水晶振動片１１０が、振動腕２１の溝部２４の先端側から第１励振電極３３及び第２励振電極３４の幅方向の中央領域に電極がないスリット領域ＳＬを形成した点にある。以下、第１音叉型水晶振動片１００と同じ部材には同じ符号を付し、第１音叉型水晶振動片１００と異なる点を説明する。図３（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【００４４】
図３（ａ）に示されるように、第１基部電極３１及び第２基部電極３２並びに第１励振電極３３及び第２励振電極３４で形成される。第１励振電極３３及び第２励振電極３４の長さｍは、溝部２４の長さＭの５５％以下で形成される。第１励振電極３３及び第２励振電極３４の長さｍは、振動根元部２６の最深部（基部２３の上端部）を基点とした長さであり、溝部２４の長さＭは、溝部の端面２４Ｅの最深部を基点として他方の端面２４Ｅまでの長さである。第１励振電極３３及び第２励振電極３４は図３（ｂ）で示すように振動腕２１の側面及び溝部の側面２４Ｓにも形成されている。第１基部電極３１及び第２基部電極３２並びに第１励振電極３３及び第２励振電極３４は例えばＮｉ膜からなる下地層にＡｕ膜を設けた２層構造で形成されている。
【００４５】
第１励振電極３３及び第２励振電極３４は、振動腕２１の溝部２４の先端側から励振電極の幅方向の中央領域に電極がないスリット領域ＳＬを備える。溝部２４内の第１励振電極３３及び第２励振電極３４の表面積は、溝部の表面積の５５％以下である。すなわち、溝部２４内の第１励振電極３３及び第２励振電極３４の表面積をｓｑ、溝部２４の表面積をＳＱとしたとき、以下の数式３が成り立つ。
ここで、溝部２４の表面積をＳＱは、溝部の２つの側面２４Ｓ、２つの端面２４Ｅ及び１つの底面２４Ｂを合わせた合計となる。
【数３】
2010050960.tif 000005
…  数３
【００４６】
図３（ｂ）に示されるように、第１励振電極３３及び第２励振電極３４の幅方向の中央領域に電極がないスリット領域ＳＬは、振動腕２１の溝部２４の底面２４Ｂが現れる。
【００４７】
溝部２４内の第１励振電極３３及び第２励振電極３４の表面積を溝部２４の表面積の５５％以下に形成することにより、電極面積に依存する直列容量Ｃ１の増大が抑えられるので周波数感度Ｓが小さい水晶振動片の製造が可能になる。また第１励振電極３３及び第２励振電極３４の幅方向の中央領域に電極がないスリット領域ＳＬを振動腕２１の溝部２４の底面に形成することにより、励振電極の主面電極と側面電極間に効率的に電界が印加されＣＩ値を低下させる効果がある。
【００４８】
図４（ａ）は第２圧電デバイス６０の概略上面図であり、図４（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ概略断面図である。第１圧電デバイス５０と第２圧電デバイス６０との違いは、パッケージＰＫＧに第１音叉型水晶振動片１００に代えて第２音叉型水晶振動片１１０を備えた点である。以下、第１圧電デバイス５０と同じ部材には同じ符号を付し、第１圧電デバイス５０と異なる点を説明する。
【００４９】
図４（ａ）、（ｂ）に示されるように、第２圧電デバイス６０は真空チャンバ内で窪みを持つパッケージＰＫＧに第２音叉型水晶振動片１１０を搭載し、真空状態で蓋体５３とパッケージＰＫＧとを封止材５４により接合する。蓋体５３は硼珪酸ガラスなどで形成することで圧電デバイスを構築した後でも周波数の調整をすることができる。第２圧電デバイス６０は直列容量Ｃ１の増大が抑えられ周波数感度Ｓが小さく、良好なＣＩ値を備えた圧電デバイスである。
【００５０】
図５（ａ）は、励振電極長さ比率と周波数可変感度Ｓとの関係を示す図である。図５（ａ）の横軸の励振電極長さ比率（％）は、図１（ａ）に示された溝部２４内の第１励振電極３３及び第２励振電極３４の長さｍを溝部２４の長さＭで割ったものを百分率表記している。縦軸に周波数可変感度Ｓ（ｐｐｍ／ｐＦ）を表示している。励振電極長さ比率（％）が５５％の時に、周波数可変感度Ｓは１０ｐｐｍ／ｐＦであり、励振電極長さ比率（％）が５５％を超えると周波数可変感度Ｓは１０ｐｐｍ／ｐＦより高くなり、励振電極長さ比率（％）が５５％以下では周波数可変感度Ｓが１０ｐｐｍ／ｐＦより低くなる。溝部２４内の第１励振電極３３及び第２励振電極３４の長さｍは、溝部２４の長さＭの５５％以下が好ましい。周波数可変感度Ｓが１０ｐｐｍ／ｐＦ以下になると目的の周波数（例えば３２．７６８ｋＨｚ）に調整し易くなる。
【００５１】
図５（ｂ）は、直列共振容量Ｃ１と周波数可変感度Ｓとの関係を示す図である。直列共振容量Ｃ１（ｆＦ）が小さくなれば周波数可変感度Ｓ（ｐｐｍ／ｐＦ）が低くなることを示している。直列共振容量Ｃ１（ｆＦ）を４ｆＦ以下にすることが好ましい。直列共振容量Ｃ１（ｆＦ）を４ｆＦ以下にすると目的の周波数に調整し易くなる。
【００５２】
図６（ａ）は、励振電極の溝幅比率とＱ値比との関係を示す図である。図６（ａ）の横軸の溝幅比率（％）は、図１（ｂ）に示された振動腕２１の溝部２４の幅Ｗ５を振動腕２１の幅Ｗ１で割ったものを百分率表記している。縦軸にＱ値比を表示している。溝幅比率（％）が６５％の時に、Ｑ値比は１．０であり、溝幅比率（％）が４０％の時でも、Ｑ値比は０．９より高い値を示す。溝幅比率（％）が４０％から６５％の範囲では、振動が安定であることを示している。
【００５３】
Ｑ値は、共振曲線の鋭さを示す値で、例えば周波数安定度などの電気的特性の特性を示す値である。このＱ値が大きいほど振動が安定であることを意味する。一般にＱ値が高いほうが望ましいが、逆にＱ値が高いほど応答性が悪くなり、起動時間が長くなるという面もある。Ｑ値は、次の関係式（数４）で定義される。
【数４】
2010050960.tif 000006
…  数４
ここで、
Ｑ  ：  Ｑ値
Ｌ１  ：  等価直列インダクタンス
Ｒ１  ：  等価直列抵抗
ω  ：  共振ピークの共振周波数
である。
【００５４】
図６（ｂ）は、励振電極長さ比率とＱ値比との関係を示す図である。図６（ｂ）の横軸の励振電極長さ比率（％）は溝部２４内の第１励振電極３３及び第２励振電極３４の長さｍを溝部２４の長さＭで割ったものを百分率表記している。縦軸にＱ値比を表示している。図４（ｂ）に示されるように、溝部２４内の第１励振電極３３及び第２励振電極３４の長さｍは、溝部２４の長さＭの５５％以下であっても、Ｑ値比は高い値を保っている。このことから、励振電極長さ比率（％）に５５％以下にしても、周波数可変感度Ｓを１０ｐｐｍ／ｐＦにすることができる。励振電極長さ比率（％）を５５％以下にしてもＱ値比が変わらないため、安定した振動が得られる。
【００５５】
なお、実施例２で示されたスリット領域ＳＬを有する第１励振電極３３及び第２励振電極３４の場合も、図５及び図６とほぼ同様な傾向を有する。この場合には、図５（ａ）及び図６（ｂ）の横軸は、溝部２４内の第１励振電極３３及び第２励振電極３４の表面積を、溝部２４の表面積で割った表面積比率となる。
【００５６】
＜実施例３＞
図７は、本実施例の第３音叉型水晶振動片１２０を備えた第３圧電デバイス７０の概略図を示している。第３音叉型水晶振動片１２０と第１音叉型水晶振動片１００との違いは、第３音叉型水晶振動片１２０が基部及び振動腕を囲む外枠部を備え、一対の支持腕からＹ軸方向と交差する方向に延びる調整腕（接続腕）により外枠部と接続し、水晶フレーム２０を形成した点にある。
図７（ａ）は、分割した状態の第３圧電デバイス７０を、リッド１０のリッド部側からみた斜視図であり、図７（ｂ）は、（ａ）のＥ−Ｅ断面で第３圧電デバイス７０の断面構成図である。
【００５７】
図７(ａ)及び(ｂ)に示されるように、第３圧電デバイス７０は、最上部のリッド１０、水晶フレーム２０及びベース４０から構成される。リッド１０、水晶フレーム２０及びベース４０は水晶材料から形成される。水晶フレーム２０は、エッチングにより形成された第３音叉型水晶振動片１２０を有している。
【００５８】
第３圧電デバイス７０は、第３音叉型水晶振動片１２０を備えた圧電フレーム２０を中心に挟んで、その圧電フレーム２０の上にリッド１０が接合され、水晶フレーム２０の下にベース４０が接合されてパッケージ８０が形成されている。つまり、リッド１０は水晶フレーム２０に、ベース４０は水晶フレーム２０にシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）により封止する構成になっている。
【００５９】
水晶フレーム２０は、その中央部にいわゆる第３音叉型水晶振動片１２０と外側に外枠部２９とを有しており、第３音叉型水晶振動片１２０と外枠部２９との間には空間部３０が形成されている。第３音叉型水晶振動片１２０の外形を規定する空間部３０は水晶エッチングにより形成されている。第３音叉型水晶振動片１２０は、外枠部２９とおなじ厚さである。第３音叉型水晶振動片１２０は、基部２３と基部２３から伸びる一対の振動腕２１とを有している。基部２３と外枠部２９とは一体に形成されている。基部２３及び外枠部２９の第１主面に第１基部電極３１と第２基部電極３２とが形成され、第２主面にも同様に第１基部電極３１と第２基部電極３２とが形成されている。
【００６０】
リッド１０は、水晶フレーム２０側にリッド側凹部１７を備える。ベース４０は、水晶フレーム２０側にベース側凹部４７を備える。ベース４０は第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３並びに段差部４９を形成する。段差部４９には、第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３と接続する第１接続電極４２及び第２接続電極４４を形成する。ベース４０の底部には、第１外部電極４５及び第２外部電極４６が形成されている。
【００６１】
第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３は、その内面に金属膜が形成される。内面の金属膜は、第１接続電極４２及び第２接続電極４４並びに第１外部電極４５及び第２外部電極４６と同時にフォトリソグラフィ工程で作成される。金属膜は２層から成り、５０オングストローム〜７００オングストロームのニッケル（Ｎｉ）層の上に４００オングストローム〜２０００オングストロームの金（Ａｕ）層が形成された構成である。ニッケル（Ｎｉ）層の代わりに、クロム（Ｃｒ）層又はチタン（Ｔｉ）層を使用されることもある。
【００６２】
第１接続電極４２は、第１スルーホール４１を通じてベース４０に設けた第１外部電極４５に電気的に接続する。第２接続電極４４は、第２スルーホール４３を通じてベース４０に設けた第２外部電極４６に電気的に接続する。
【００６３】
第３圧電デバイス７０は、リッド１０、水晶フレーム２０及びベース４０が接合されてパッケージ８０が形成される。つまり、第１基部電極３１はベース４０の第１外部電極４５と電気的に接合し、第２基部電極３２はベース４０の第２外部電極４６と電気的に接合する。
【００６４】
（水晶フレーム２０の構成）
図８（ａ）は、水晶フレーム２０の上面図である。図８（ｂ）は、（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。
図８（ａ）に示されるように、水晶フレーム２０は、基部２３及び振動腕２１からなる第３音叉型水晶振動片１２０と、外枠部２９と、支持腕２２と、接続部３６とから構成され、同じ厚さの水晶基板で一体に形成されている。水晶フレーム２０は、外枠部２９と、基部２３と、支持腕２２と、接続部３６とに第１基部電極３１及び第２基部電極３２を備える。第３音叉型水晶振動片１２０は、例えば３２．７６８ｋＨｚで信号を発振する振動片で、極めて小型の振動片となっている。
【００６５】
一対の振動腕２１は基部２３の一端からＹ方向に延びており、振動腕２１の表裏両面には振動腕の幅の４０％から６５％の幅の溝部２４が形成されている。つまり、一対の振動腕２１には、表裏合わせて４本の溝部２４が形成されている。
【００６６】
基部２３と一対の振動腕２１とで成す振動根元部及び基部２３と振動腕２１と支持腕２２とで成す２箇所の支持根元部の形状は、滑らかなＵ字形状をしている。第３音叉型水晶振動片１２０は、第１音叉型水晶振動片１００と同様に振動腕２１及び支持腕２２の各幅並びに間隙を揃え、各根元部の形状を揃え、各基部の長さを揃える。こうすることで、エッチングを行っても振動腕２１及び支持腕２２は左右対称に形成され、左右でバランスがとれる。
【００６７】
振動腕２１の先端付近は一定幅で幅広となりハンマー型の形状となっている。ハンマー型の形状部分は金属膜を備えた錘部２８を形成している。一対の振動腕２１は、表面、裏面及び側面に第１励振電極３３及び第２励振電極３４が形成されており、第１励振電極３３は第１基部電極３１につながっており、第２励振電極３４は第２基部電極３２につながっている。溝部２４内の第１励振電極３３及び第２励振電極３４の基部２３からの長さｍは、溝部２４の長さＭの５５％以下で形成されている。
【００６８】
第１基部電極３１と第２基部電極３２及び第１励振電極３３と第２励振電極３４並びに錘部２８は、ともに、５０オングストローム〜７００オングストロームのクロム（Ｃｒ）層の上に４００オングストローム〜２０００オングストロームの金（Ａｕ）層が形成された構成である。
【００６９】
一対の支持腕２２は、基部２３の一端から振動腕２１が伸びる方向（Ｙ方向）に伸びて接続部３６と外枠部２９とに接続している。一対の支持腕２２は、振動腕２１の振動を第２圧電デバイス６０の外部へ振動漏れとして伝えづらくさせ、またパッケージ外部の温度変化、または衝撃の影響を受けづらくさせる効果を持つ。
【００７０】
図９（ａ）は、第３圧電デバイス７０を構成するリッド１０の内面図であり、（ｂ）は第３音叉型水晶振動片１２０を有する水晶フレーム２０の上面図であり、（ｃ）はベース４０の上面図であり、（ｄ）は（ａ）から（ｃ）のＧ−Ｇ断面で第３圧電デバイス７０を示した断面構成図である。
【００７１】
図９（ａ）に示されるようにリッド１０は、リッド側凹部１７を水晶フレーム２０側の片面に有している。図９（ｂ）は、図８で説明した水晶フレーム２０であり説明を省く。
【００７２】
図９（ｃ）に示されるように、ベース４０は、ベース側凹部４７を水晶フレーム２０側の片面に有している。ベース４０は、エッチングによりベース側凹部４７を設ける際、同時に第１スルーホール４１と第２スルーホール４３と段差部４９とを形成する。ベース４０の表面には、第１接続電極４２及び第２接続電極４４を形成する。ベース４０の裏面には、第１外部電極４５及び第２外部電極４６を形成する。
【００７３】
第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３は、その内面に金属膜が形成され、その内面の金属膜は、第１接続電極４２及び第２接続電極４４と同時にフォトリソグラフィ工程で作成される。内面の金属膜はクロム（Ｃｒ）層の上に金（Ａｕ）層層が形成される。ベース４０は、底面にメタライジングされた第１外部電極４５及び第２外部電極４６を備える。第１接続電極４１は、第１スルーホール４２を通じてベース４０の底面に設けた第１外部電極４５に接続する。第２接続電極４４は、第２スルーホール４３を通じてベース４０の底面に設けた第２外部電極４６に接続する。
【００７４】
外枠部２９の裏面に形成された第１基部電極３１と第２基部電極３２とは、それぞれベース４０の表面の第１接続電極４２及び第２接続電極４４に接続する。つまり、第１基部電極３１は第１外部電極４５と電気的に接続し、第２基部電極３２は第２外部電極４６と電気的に接続している。
【００７５】
図９（ｄ）の概略断面構成図で示されるように、第３圧電デバイス７０は，図９（ａ）のリッド１０と（ｂ）の水晶フレーム２０と（ｃ）のベース４０とを重ね合わせ、１個の圧電デバイスをシロキサン結合する前の図を示している。しかし実際の製造においては、１枚の水晶ウエハに数百から数千の水晶フレーム２０と、１枚の水晶ウエハに数百から数千のリッド１０と、１枚の水晶ウエハに数百から数千のベース４０とを用意し、それらをウエハ単位で接合して一度に数百から数千の圧電デバイスを製造する。
【００７６】
第３圧電デバイス７０は，シロキサン結合終了後、第１スルーホール３３及び第２スルーホール３４の封止を行う。例えば、第１スルーホール４２及び第２スルーホール４３に金・ゲルマニューム合金を充填し、４００°Ｃの真空中もしくは不活性ガス中の不図示の真空リフロー炉に保持し封止する。或いは、シロキサン結合する前にスルーホールの封止を行い、真空リフロー炉で一定時間真空中又は不活性雰囲気中に保持して加熱してシロキサン結合してもよい。これにより、パッケージ８０内が真空になった又は不活性ガスで満たされた第３圧電デバイス７０が完成する。
【００７７】
なお、図を示さないが、水晶フレーム２０に対して実施例２で示したスリット領域ＳＬを形成した励振電極を設けても良いことは言うまでもない。溝部２４にスリット領域ＳＬが形成された場合には、溝部２４内の第１励振電極３３及び第２励振電極３４の表面積は、溝部の表面積の５５％以下である。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。たとえば、本発明の圧電振動片は、水晶以外にニオブ酸リチウム等の様々な圧電単結晶材料を用いることができる。
【符号の説明】
【００７９】
１０  …  リッド，１７  …  リッド側凹部
２０  …  水晶フレーム
２１  …  振動腕，２２  …  支持腕
２３  …  基部，２４  …  溝部
２５  …  接合部
２６  …  振動根元部、２７  …  支持根元部
２８  …  錘部
２９  …  外枠部、
３０  …  空間部
３１，３２  …  基部電極
３３，３４  …  励振電極
３６  …  接続部
４０  …  ベース、
４１、４３  …  スルーホール
４２、４４  …  接続電極
４５，４６、５１  …  外部電極
４７  …  ベース側凹部
４９  …  段差部
５０  …  第１圧電デバイス
５３  …  蓋体
５４  …  封止材
６０  …  第２圧電デバイス、７０  …  第３圧電デバイス
８０  …  パッケージ
１００  …  第１音叉型水晶振動片、１１０  …  第２音叉型水晶振動片
１２０  …  第３音叉型水晶振動片
Ｋ１  …  第１基部の長さ，Ｋ２  …  第２基部の長さ
ＬＫ  …  基部の長さ
ｍ  …  励振電極の長さ
Ｍ  …  溝部の長さ
ｓｑ  …  溝部内の励振電極の表面積
ＳＱ  …  溝部の表面積（溝部を構成する５面の表面積の合計）
ＳＬ  …  スリット領域
Ｗ１  …  第１幅，Ｗ２  …  第２幅，Ｗ３  …  第３幅，Ｗ５  …  溝部幅
ＰＫＧ  …  パッケージ
【図１】
2010050960.tif 000011
【図２】
2010050960.tif 000012
【図３】
2010050960.tif 000013
【図４】
2010050960.tif 000014
【図５】
2010050960.tif 000015
【図６】
2010050960.tif 000016
【図７】
2010050960.tif 000017
【図８】
2010050960.tif 000018
【図９】
2010050960.tif 000019